昆明市轨道交通大树营车站施工监测技术分析

刘刚

（中铁北京工程局集团城市轨道交通工程有限公司，安徽 合肥 230088）

随着城市地铁建设的飞速发展，各种复杂地质条件的地铁车站施工越来越多，由于勘察数据不准或施工措施不当等原因造成的工程事故案例很多。为了确保施工安全，信息化施工在确保地铁结构本身和周边环境的安全上扮演着重要的角色。本文以昆明市轨道交通大树营车站，介绍复杂地质情况下地铁车站的施工与监测，以期为今后类似工程参考。

1 工程概况

大树营站位于东风东路与昆河铁路的交叉口，呈东南向布置在昆河铁路下面，与3 号线大树营站通道换乘，是昆明市轨道交通4 号线工程的中间站。车站全长146.4m，标准段宽度为22.3m，站台宽度13m，有效站台长度118m，顶板覆土厚度约为4m，底板埋深约25.43 ～26.68m，为岛式车站，标准段为三层三跨结构。车站附属共设5 个通道（2 个出入口通道、2 个换乘通道、1 个紧急疏散通道），2 个活塞风亭和1 组新排风亭组。车站两端接盾构区间，车站为两端均为盾构吊出。大树营车站围护结构最大开挖深度26m，采用1000mm 连续墙＋内支撑支护的支护形式，其中第1、3 道支撑为砼支撑，2、4、5 道支撑为Q235B 钢的Φ800mm、壁厚t=16mm 钢支撑。

2 场地地质情况

本站范围内上覆第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系全新统冲湖积层（Q4al+l）、第四系上更新统冲湖积层（Q3al+l），新生代第四系中更新统冲湖积层（Q2al+l），场地属于冲洪积及冲湖积平原，地貌类型单一，岩土层次较多，均匀性差，分布有软土层及可液化砂土，典型的地质图如图1 所示。

本场地勘探范围内埋藏分布有孔隙潜水及孔隙承压水，易产生潜蚀、管涌、对抗浮及抗隆起不利。

3 施工总体安排

3.1 基坑断面

基坑的施工断面图如图2 所示。

3.2 施工进度安排

根据大树营车站工期及节点工期要求，制定的施工进度横道图如图3 所示。

4 工程重点、难点及对策

4.1 工程重点、难点

（1）有效地保证周边构筑物在基坑开挖期间安全是本工程重点，在施工过程实施监控量测，信息化反应构筑物安全；明挖基坑最大埋深高达26m，基坑临近既有建筑物较近，深基坑支护施工难度大。

图1 大树营站地质横剖面图

图2 大树营站位置示意图

图3 施工进度横道图

（2）昆明市降雨频繁，雨量大，车站处集水量大。地表水的疏排对深基坑明挖结构的影响较大，在施工现场设置连续、顺畅的排水系统，合理组织排水是工程的重点。

（3）基坑土方量约8.6 万方，市区对渣土运输严格管制，土方外运组织协调难度大，基坑土方开挖进度对关键线路工期制约较大。

（4）施工作业面、作业工点多、工序复杂，施工范围分布较广，施工组织难度大。

（5）基坑东西侧均有建筑物，基坑开挖后，对两者围护结构的附加荷载较大，因此，在开挖过程中，控制围护结构变形及位移是难点，控制基坑无支撑暴露时间及东侧路面沉降是重点。

（6）大树营站施工场地内分部有<2-5>、<2-6>粉土层，含水量较大、渗透系数高，施工中容易出现纵坡失稳、滑坡等现象。

（7）大树营站毗邻官渡区周转房及天鹿饭店等构建筑物，深基坑降水及基坑开挖可能会造成周边建筑物沉降。

4.2 应对措施

针对上述难重点，拟采取以下工程应对措施：

（1）在车站主体基坑范围外设置两个临时存渣池解决临时渣土外运受阻情况。一个位于付费区换乘通道扩大端处，长18.5m、宽11.2m、深3m（含侧墙），临时存渣量621m3。一个位于车站大里程端至黎明路方向靠曙光铁路小区侧，长100m、宽4m、深2.5m（含侧墙），临时存渣量1000m3。

（2）基坑开挖过程中，采取“先支撑后开挖，限时支撑”的施工方案，开挖过程中加强对基坑沉降和位移的监控量测。

（3）基坑开挖前对开挖地段进行降水，将地下水位降至开挖面以下3m，将粉土层中的水疏干，增强粉土层抗剪强度。

（4）根据现场施工组织情况，疏干井在基坑开挖前即全部施工完成，在每段基坑土方开挖前20 天开始该开挖段预降水，确保疏干效果。

（5）基坑开挖台阶纵坡按照1:3 进行控制，减小纵坡坡度，防止边坡溜坍。

（6）坡顶严禁堆载土方及其它重物，避免对坡脚产生额外荷载。

（7）在基坑周边设置水位观测井，确定坑内外水系是否与坑内有联系，若坑内降水对坑外水位影响较大，周边建筑物及管线变形趋势明显，则立即停止抽水，并在坑外设置回灌井，将抽出的地下水通过基坑周边的回灌井点持续地再灌入地基土层内，并使降水井点的影响半径不超过回灌井点的范围，避免降水对周边环境造成过大影响。

（8）为避免基坑过于降水对周边管线及建构筑物的影响，根据现场施工组织，需要开挖的或者影响开挖的部位提前20 天降水，暂时不需要开挖或不影响开挖的部位就暂时不要降水。

（9）在基坑开挖期间，做到“随挖随撑”，减少基坑暴露时间，进而控制围护结构及周边建筑物的变形。

（10）在基坑开挖期间，对周边建筑物变形进行密切观测，若发现周边环境或围护结构变形速率过快，则通过在变形较大位置增设支撑及将分区缩短至10m，减少基坑暴露时间及封底时间，确保周边环境及建筑物变形可控。

4.3 基坑降水

4.3.1 降水工程特征分析及对策

（1）基坑上部孔隙潜水主要存于填土和浅部黏土、淤泥质土、粉土、粉砂及圆砾层中。受沉积特性影响，砂层与粘土层往往相互交错，造成垂向渗透性差不易疏干，且开挖过程中易形成滞水等情况影响开挖效果，因此，布井间隙不宜过大，为保证疏干效果建议提前疏干降水。

（2）基坑下部的3-6 粉砂、3-10 砾砂、6-6-1 粉砂承压水含水层，理论上被止水结构隔断，考虑到围护结构可能存在渗漏，且其抗突涌验算不满足要求，需要降低水头保证基坑安全。对于浅部及中部的3-6 粉砂、3-10 砾砂，可由疏干井加深进入该层联合降水；对于深部的6-5-1 粉土，安全系数大于1.05，暂不布置降水井，正式降水运行前应做抽水试验，验证方案是否可行，优化降水方案。

（3）拟建车站两侧建筑物较多，地下管线分布复杂，工程周边环境与工程相互影响大，降水过程中要密切关注周边水位下降情况及地表沉降情况。

4.3.2 基底抗突涌稳定性分析

如图4，随着基坑开挖深度的增加，基底至承压含水层之间的覆土厚度减小，下部承压水有引发基底突涌的风险，本次对基底下部的3-6-1、6-5-1、6-6-1 承压含水层进行突涌分析，基坑底板抗突涌稳定条件：基坑底板至承压含水层顶板间的土重力应大于承压水的顶托力，即：

式中：Kh为突涌稳定安全系数，不应小于1.1；D 为承压含水层顶面至坑底的土层厚度（m），D=Ha-Hb；γ 为承压含水层顶面至坑底土层的天然重度（KN/m3）；对多层土，取加权平均值；为hw承压含水层顶面的压力水头高度（m）；γw为水的重度（10kN/m3）；Ha基坑开挖底板高程（m）；Hb为含水层顶板高程(m)。

由上式可求得安全水位：

式中：ha为承压水头安全水位高程(m)；则承压水位降

图4 基坑底板抗突涌验算示意图

根据地勘资料，3-5-1、3-6-1 含水层的水位标高为取1889m，6-5-1 含水层水位标高取1887m，土重度取19.8kN/m3。由此计算得到的抗突涌如表1 所示。

根据计算分析，对于浅部、中部的承压含水层<3-5-1>、<3-6-1>层不满足抗突涌要求，需要布置降水井降低水头，由于该层被围护结构隔断，可以将部分疏干降水井加深进入该层，联合降水。

对于深部的<6-5-1>、<6-6-1>层，其安全系数大于1.05，暂时不针对该含水层布置降压井。但其安全系数小于规范要求的1.1，在施工前应进行抽水试验，观测水位情况，查明其与上部含水层之间的水力联系情况，暂不布置降水井。

4.3.3 疏干井设计

基坑地连墙理论上隔断了潜水含水层，浅部、中部承压含水层的坑内外水力联系，此类疏干降水设计通常根据单井有效抽水面积a 的经验值来确定，而经验值又根据疏干土体的特性及基坑的平面形状来确定，一般为150 ～250m2。根据文献[3]和该类地层疏干降水经验，单井有效疏干面积a取200m2。坑内疏干井的数量根据下式进行计算：

式中：n 为井数（口）；A 为基坑疏干面积（3388m2）；a 为单井有效抽水面积经验值（200m2）。

根据计算共需布置疏干井17 口。

4.3.4 降水井布置

疏干井井深31 ～44m，井管采用直径273mm、壁厚3 ～4mm 的钢管；底部设1m 沉淀管；下设置27m 滤管(加深降水井为15m 滤管)，滤管为同规格的桥式滤管，滤料为中粗砂，为增强疏干效果，可以考虑提前20 天抽水。

5 监测方案

5.1 监测目的

本工程地质条件较复杂，该工程周边建筑物密集、地下管线交错，增加了施工难度。因此，在施工期间对结构工程及施工沿线周围重要的地下、地上建(构)筑物、地面道路、初支结构等实施变形等方面的监测，以便为建设、施工、监理等单位提供及时、可靠的信息；评定该工程在施工期间的安全性及施工对周边环境影响，并对可能发生危及施工、周边环境安全的隐患或事故及时、准确的预报，以便及时采取有效措施消除隐患，避免事故的发生。

监测的数据和资料要求：

（1）使甲方能完全客观真实地了解工程安全状态和质量程度，掌握工程各主体部分的关键性安全和质量指标。

（2）根据监测成果按照预警体系发出信息，及时把潜在的险情通报给各参建单位，以便积极采取对策。

（3）通过监测，掌握施工对围岩及既有建(构)筑物的影响程度，用以修改设计参数，达到信息化设计目的。

（4）通过积累数据，丰富设计人员和专家对类似工程的经验，以利专家解决工程所遇到难题。

5.2 监测项目

车站监测项目主要包括：现场巡查，地表、管线、周边建筑物、墙顶垂直位移，墙体水平位移，支撑轴力，水位监测等。按照规范要求，本基坑监测项目见表2。

表1 抗突涌验算表

表2 基坑监测项目

5.3 监测注意事项

（1）监测工作应以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。

（2）各监测项目在支护施工前应测得稳定的初始值，且不小于两次。

（3）各项监测工作的时间间隔根据施工进程确定，在开挖卸载急剧时段，间隔时间不应超过1 天，其余情况下可延至3 ～5 天。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。当有危险事故征兆时，则需进行连续监测。

（4）量测数据必须完整、可靠，对施工工况应有详细描述，使之真正能达到施工监控的目的，为设计和施工提供依据。

（5）所有测点均应反映施工中该测点受力或变形等随时间的变化，即从施工开始到完成、测试数据趋于稳定为止。

（6）及时编制量测报告，内容包括：测点布置、测试方法、经整理的量测资料、反分析的主要成果、结论及建议、量测记录汇总等，施工过程中，根据监测资料判断支护状态。

5.4 监测数据分析

按照监测要求，对车站基坑在开挖和施工期间进行了监测，监测结果如图5 所示。

监测结果表明，在基坑开挖和施工期间，最大地表沉降为13.5mm，最大墙体水平位移为45.5mm，最大支撑轴力为2345kN，周边建筑物和管线变形数据较小，以上监测结果均在设计控制值内，监测数据变化平缓，表明施工方案是合理的。

6 结语

昆明市轨道交通大树营车站地质条件较复杂，该工程周边建筑物密集、地下管线交错，施工难度大，本文针对该地铁车站提出了具体的施工针对性措施，并结合监测方案进行了分析。监测数据表明，该工程的设计和施工是可靠的，达到了预期效果，可以作为类似工程借鉴。

图5 大树营站监测结果曲线图